Классификация типов сезонного оттаивания и промерзания пород В.А.Кудрявцева как основа изучения закономерностей пространственной и временной изменчивости глубины сезонного оттаивания пород.

Еще в начале 50-х годов В.А.Кудрявцевым было показано, что процессы промерзания и протаивания являются, с одной сторо­ны, теплофизическими и происходят в результате теплового вза­имодействия атмосферы и окружающего мирового пространства с литосферой, а с другой — геолого-географическими, поскольку этот тепловой процесс совершается в определенной геологической среде и в сложной географической обстановке При этом было убедительно доказано, что познание закономерностей развития сезонного промерзания и протаивания возможно только на осно­ве исследования всех факторов и условий формирования данного процесса, учитывая, что собственно глубина промерзания или протаивания пород является очень изменчивым и непостоянным параметром

В.А.Кудрявцевым была создана классификация типов сезонного промерзания и сезонного протаивания гор­ных пород по четырем определяющим признакам: 1) средней годовой температуре пород 2) годовой амплитуде температуры на их поверхности 3) составу пород сезонноталого или сезонномерзлого слоев; 4) влажности этих пород. Главней­шей особенностью классификации В.А.Кудрявцева является вы­деление типов сезонного промерзания и протаивания пород не по глубине, а по условиям их образования. Глубины же получают путем натурных наблюдений и расчетов для среднемноголетних или лю­бых экстремальных условий.

Вследствие короткопериодных колебаний климата и случай­ных отклонений среднегодовой температуры пород от ее среднемноголетнего значения на юге криолитозоны наблюдаются пери­одические переходы среднегодовой температуры пород через 0°С в пределах ее значений от +1 до — 1°С и эпизодические в диапазо­не значений от +2 до —2°С. Поэтому в классификации по средне­годовой температуре выделены соответственно переходный и по­лупереходный типы сезонного промерзания и оттаивания пород (см. рис. 11.4).

Переход среднегодовых температур пород из диапазона +2— +5°С в отрицательные или из диапазона -2...—5°С в положитель­ные температуры связан с резкими и глубокими изменениями теплообмена на поверхности Земли. Поэтому в этих интервалах среднегодовых температур выделены длительно устойчивые типы сезонного промерзания и протаивания пород.

В интервалах температуры от +5 до + 10°С и от -5 до — 10^вС, переход одного процесса в другой связан с длительными перио­дами изменений климата, поэтому выделяются устойчивые типы как сезонного промерзания, так и сезонного протаивания пород.

Для температуры выше +10 и ниже — 10°С переход одного про­цесса в другой практически невозможен. Поэтому тип сезонного промерзания пород с t от + 10 до + 15°С назван южным, от +15 до +20°С — субтропическим и выше +20°С — тропическим, а тип сезонного протаивания пород с t_cp от —10 до -15°С — арктическим и от -15 до -20°С — полярным.

По амплитуде колебания температуры на поверхности пород, величина которой зависит от континентальности климата, выде­ляются следующие типы сезонного промерзания и протаивания: 1) морской с амплитудами менее 7,5°С, свойственный морским побережьям умеренных широт; 2) умеренно-морской — от 7,5 до 11°С, характерный для северных морских побережий; 3) умерен­но-континентальный — от 11 до 13,5°С, встречающийся, напри­мер, в европейской части России; 4) континентальный — от 13,5 до 17°С, свойственный, например, Западно-Сибирской низ­менности; 5) повышенно-континентальный — от 17 до 21°С, ха­рактерный, например, для Среднесибирского плоскогорья; 6) резко континентальный — от 21 до 24°С во внутренних районах Средне­сибирского плоскогорья и на севере Казахстана; 7) особо резко континентальный с амплитудами свыше 24°С, характерный для впадин Северо-Востока России и Забайкалья.

Региональные особенности процессов сезонного промерзания и протаивания учитываются в классификации В.А.Кудрявцева через состав и влажность пород. По составу пород выделяются следую­щие основные типы: 1) скальные и полускальные породы; 2) гравийно-галечные и щебнистые породы; 3) пески; 4) супеси; 5) суг­линки; 6) глины; 7) торф, а также различные их сочетания в зависимости от региональных условий.

По влажности пород в классификации выделяются четыре гра­дации в зависимости от количества влаги, участвующей в фазо­вых переходах при замерзании и оттаивании пород. Первая града­ция при характеризуется полным отсутствием фазовых переходов воды при охлаждении пород ниже 0°С (как такового промерзания или протаивания при этом происходить не будет). В последующих трех градациях фазовые переходы возрастают от О при до максимальной величины при Причем чем больше оказывается влажность пород, тем большее количе­ство тепла затрачивается на фазовые переходы воды, а следова­тельно, тем меньше будет глубина промерзания или протаивания. Поэтому в зависимости от величины влажности выделяются типы глубокого (а), среднего (б) и мелкого (в) сезонного промерзания (протаивания):

где " — естественная влажность грунта, определенная на мо­мент начала промерзания или протаивания; — количество незамерзшей воды; — полная влагоемкость.

Каждый выделенный тип сезонного промерзания и протаива­ния, по классификации В.А.Кудрявцева, имеет свое наименование, в котором отражены его основные классификационные черты, на­пример, арктический повышенно-континентальный, песчаный, глубокий, устойчивый, континентальный, суглинистый, мелкий и т.д.

Зная характер изменения природных условий и определив изменения основных (четырех) классификационных параметров, можно прогнозировать глубину сезонного оттаивания-промерзания, а также осуществ­лять управление глубинами промерзания и протаивания пород.